Моделирование и выбор оптимальных проектных решений в САПР средств молниезащиты промышленных объектов

• Автор: Писаревский, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОБЛЕМАТИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ВОЗДЕЙСТВИЯ МОЛНИИ НА ПРОМЫШЛЕННЫЕ

ОБЪЕКТЫ В САПР СРЕДСТВ МОЛНИЕЗАЩИТЫ

1.1. Структура САПР средств молниезащиты промышленных объектов

1.2. Анализ процессов формирования грозовых разрядов как объекта моделирования

1.3. Классификация параметров процессов формирования грозовых разрядов

1.4. Методы определения вероятности прорыва молнии и зон защиты молниеотводов

1.5. Цель работы и задачи исследования

2. АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ
2.1. Общие требования к имитационной модели
2.2. Модели анализа электрического ноля многоэлектродных систем
2.3. Формализованное описание и моделирующий алгоритм формирования грозового разряда
2.4. Состав и структура имитационной модели Выводы
3. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУРЫ ЧИСЛЕННОЙ ОЦЕНКИ
ВЕРОЯТНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ЗАЩИЩАЕМОГО ОБЪЕКТА
НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ
3.1. Алгоритм расчта траектории лидера молнии
3.2. Алгоритм формирования карты распределения плотности вероятности поражения заданной области
3.3. Оптимизационные модели принятия проектных решений по размещению элементов молниезащиты
Выводы
4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДСИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕИЙ
4.1. Структура и состав программною комплекса
4.2. Результаты реализации крупномасштабной модели
с длинной искрой
4.3. Применение программы для выбора оптимальных вариантов проектных решений
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В третьей главе представлены алгоритмы расчета траектории лидера молнии, формирования карты распределения плотности вероятности поражения молнией заданной области, а также алгоритм предварительного расположения элементов молниезащиты, которые лежат в основе оптимизационной модели принятия проектных решений по размещению элементов молниезащиты на основе результатов имитационного моделирования. В четвертой главе представлена реализация метода компьютерной имитации для оценки вероятности поражения объекта молнией. Описана структура и состав программного комплекса STORM. Приведено описание принципа работы всех модулей системы. Представлены результаты моделирования длинной искры и выполнено сравнение с результатами эксперимента на крупномасштабной модели. Выполнено сравнение результатов моделирования с существующими аналитическими методами расчёта зон защиты. Рассмотрено применение программы STORM для оценки зон защиты стержневых молниеотводов. В заключении сформулированы выводы и представлены основные результаты, полученные в работе. В настоящее время системы молниезащиты стали неотъемлемой частью любого промышленного объекта. Они включают как системы защиты от прямых ударов молнии (внешняя молниезащита), так и системы защиты от различных видов перенапряжений (внутренняя молниезащита). Таким образом, система молниезащиты как объект проектирования входит в упорядоченную иерархию объектов различного промышленного назначения и является частью системы более высокого уровня — САПР систем молниезащиты промышленных объектов рис. Системный подход к проектированию молниезащитных сооружений неизбежно привел к тому, что центр тяжести работ сместился к проблемам новых технологий защиты, новых защитных устройств и материалов, а также возможности предвидеть весь спектр потенциально опасных воздействий молнии на-еще только задуманный или проектируемый новейший технологический объект. В идеальном случае система автоматизированного проектирования должна давать возможность учесть все нюансы взаимодействия молнии с создаваемым объектом. При этом молниезащита становится функциональной, а многие ее устройства удается совместить с элементами конструкции нового сооружения. Внешние системные связи молниезащитных сооружений иллюстрируются на рис. Из них вытекает следующая задача системного проектирования: на основе накопленного опыта и научно-технических знаний необходимо создавать эффективные системы защиты при рациональном использовании имеющихся ресурсов для максимально полного удовлетворения имеющихся потребностей при минимальном экологическом ущербе. Для решения этой задачи чрезвычайно важна полнота учета всех целей и возможных последствий разработки, всех доступных ресурсов и средств достижения целей и связей между ними. Рис. Рис. Большое значение для полноты анализа этих связей приобретают математические модели анализа вариантов проектных решений. В диссертационном исследовании предлагается использовать математический аппарат имитационного моделирования. Основываясь на рассмотрении процесса проектирования различных сложных объектов и существа, решаемых при этом проектных и проектнотехнологических задач, можно утверждать, что все основные требования САПР могут быть сведены к двум важнейшим качествам системы проектирования средств молниезащиты: информативность и адекватность. Именно они практически полностью определяют успех внедрения и эксплуатации САПР. Практика разработки и эксплуатации САПР показывает, что специфика объекта проектирования предъявляет определенные требования к структуре организации САПР; Среди разнообразных систем проектирования (к которым, в частности, принадлежит и система проектирования молниезащитных сооружений) наиболее распространены системы с иерархической структурой. Их характерными особенностями являются: автономность отдельных подсистем; управление подсистемами при неполной информации; агрегирование информации при движении вверх по иерархическим ступеням; взаимовлияние подсистем из-за наличия общих ограничений. САПР средств молниезащиты включает в себя следующие виды обеспечения (рис. Рис.